La pression, la compressibilité, la flottabilité…

…et la plongée! Matthew Daillie 2010 CTD 13

1re partie Introduction La pression, qu’est-ce que c’est? Définitions et unités de mesure États de la matière et compressibilité Relation entre pression, volume et température Exercices Plongeur en immersion Gonflage blocs Conclusions sur la sécurité

2e partie Principes de la flottabilité Démonstration Archimède Centre de gravité, centre de poussée Définitions et unités de mesure Implications dans notre vie de plongeur Lestage Flottabilité, vitesse de remontée Relevage objets, sorties de l’eau Exercices

Unités de mesure Système International Nom Symbole Surface mètre carré m2 Volume mètre cube m3 Masse kilogramme kg Masse volumique Kilogramme par mètre cube kg m-3 Vitesse mètre par seconde m s-1 Force newton N Pression pascal Pa Temps seconde s Température kelvin K

Équivalences utilisées en plongée Pression atmosphérique 1 bar 1atm 760 mm Hg 1013 hPa Volume 1 m3 1000 dm3 1 000 L Force/Poids/ Poussée 10 N 1 Kg 1 L Température 0 K -273°C

Les calculs A C B A = B x C B = A / C C = A / B

La Pression C’est une force sur une surface (P=F/S) 1 bar = 1Kg sur 1cm2 = 760 mm Hg (une colonne de 760 mm de mercure) = 1013 hectopascals hPa 1Pa = 1N/m2

La Force Une Force se mesure en Newtons mais en plongée on parle en kilogrammes Elle peut changer la vitesse d’un objet ou le déformer.

Rappels Pression relative = pression hydrostatique Pression ambiante = pression absolue

Les États de la matière Solide Liquide Gaz Les deux premiers sont considérés incompressibles Les gaz sont compressibles

Mariotte et Boyle À température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression.

Exercice de la RSE Un plongeur prépare son N4. Il a une capacité pulmonaire de 5L. Il se trouve à 20m de profondeur. Sur un début d’expiration il lui reste 3L d’air. Lors de la remontée, à quelle profondeur se trouverait-t-il les poumons pleins (tout en sachant qu’en réalité il doit lâcher de l’air avant!)?

Relation entre pression, volume et température P1 x V1 T1 = P2 x V2 T2

Kelvin (K) C’est une mesure absolue de la température La température de 0 K est égale à -273 °C et correspond au zéro absolu le kelvin ne s’exprime pas en degré

Ça chauffe! Un bloc de 15L se trouve dans un local à 20°C, gonflé à 200b. Le bloc est transporté dans une voiture où la température est de 30°C. À quelle pression sera la bouteille à la fin du trajet?

Charles : À volume constant, la pression d’un volume de gaz donné varie proportionnellement à la température. Gay Lussac : À pression constante, le volume d’un gaz varie proportionnellement à sa température absolue. (Les deux lois sont découvertes par Charles mais confirmées par Gay-Lussac)

Exercices Question 1 Vous disposez d’une rampe de 3 tampons de 50 litres chacun, gonflés à 250 bars (*) et vous désirez remplir (en même temps) 3 blocs de 12 litres dans lesquels il reste 50 bars (*) (PS = 230 bars). 1) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons simultanément ? (2 pts) 2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement ? (On néglige le volume des tuyauteries). (3 pts) 3) Conclusion (1 pt) (*) Pressions lues au manomètre

Question 3 (sic) Un plongeur N2 part en exploration avec un bloc de 12 l gonflé à 200b (*). Au retour de la plongée, il reste 50 b (*) dans son bloc. 1) Quelle quantité d’air (détendue à la pression atmosphérique), le plongeur a-t-il consommé ? (1 pt) 2) Sachant qu’il est resté 30 mn à 20 m, quelle est sa consommation par mn à cette profondeur (on néglige le temps de la descente et de la remontée)? (1 pt) - Il dispose d’un bloc tampon de 150 L à 235 b. - Il recharge son bloc à 200b (*). 3) Quelle est la pression résiduelle (*) dans la bouteille tampon après la fin de l’opération? (2 pts) 4) Un autre groupe de plongeurs veut utiliser ensuite la même bouteille tampon, pour remplir simultanément 2 blocs de 15 L vides. Quelle sera la pression maximale qu’ils pourront avoir dans les blocs après équilibrage? (2 pts) (*) Pressions lues manomètre

La Sécurité Blocs Gonflage Stockage Choix du volume Vidage À quel moment? À quelle pression? À quelle vitesse? Stockage Choix du volume Vidage

Accidents Barotraumatismes ADD

Matériel Détendeurs Gilets Parachute Souplesse Débit Volume Inflateur À purge?

Principes de la flottabilité La flottabilité d’un corps dépend de sa densité et de la densité du liquide déplacé.

Définitions et unités de mesure

La masse On peut dire que la masse d’un objet est la quantité de matière qui la constitue

Le poids C’est une mesure de la force de gravité (mesurée en Newtons) qui agit sur une masse (mesurée en kg). Parce que l’on ne considère que la plongée sur terre, on va confondre les deux termes et parler en kg

La masse volumique C’est la quantité de masse par unité de volume (eau 1kg pour 1L) ρ (rhô) = m/V où m se mesure en Kg et V en m3 Exemples la masse volumique de l’air vaut 1,3 kg/m3 celle de l’eau douce vaut 1 000 kg/m3 celle de l’eau de mer 1 030 kg/m3 

La densité (relative) C’est une notion de relativité. Sans unité. L’eau (à 4°C) est le corps de référence pour les liquides. Eau salée 1,03 Plomb 11,3 Aluminium 2,7 Acier 7,5 (alliage donc variable) Un corps ayant une densité inférieure à celle de l’eau flotte, un corps ayant une densité supérieure coule.

Rappels Volume Poids apparent (Papp) Poids réel (Préel) C’est l’espace occupé par un objet ou disponible dans un récipient. Symbole : V Poids apparent (Papp) Poids réel (Préel) Poussée d’Archimède (PArch)

Archimède Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale de bas en haut équivalente à l’intensité de la force de pesanteur du fluide déplacé. La poussée d’Archimède d’un corps immergé est donc égale au poids de son volume d’eau. La force d’Archimède sur un corps immergé est proportionnelle au volume du corps et la masse volumique du liquide

Le centre de gravité ≠ le centre du volume La poussée d’Archimède s’applique au centre du volume immergé. Le poids s’applique au centre de gravité et pas obligatoirement au centre du volume.

Implications pour notre vie de plongeuse/plongeur Le lestage Risques d’un sur-lestage Risques d’un sous-lestage Besoin de changer en fonction du milieu Emplacement (équilibre du plongeur)

Remontées assistées Plus l’écart entre volume et poids est grand, plus on monte vite. Pour faire une remontée linéaire, il faut garder le même écart entre le volume et le poids (gestion des quatre volumes d’air). Cas particulier de la DTH avec ses poussées.

Un copain toujours disponible! Pour nous aider à sortir de l’eau Pour aider à remonter les blocs sur le semi-rigide Pour limiter nos efforts de palmage Pour s’approcher de la faune Et pour…

…relever des objets lourds tombés au fond! À l’aide d’un parachute vous devez relever une ancre d’un volume de 4 dm3 et une densité de 8 posée sur un fond de 20 m. Densité de l’eau : 1 Quel est le poids apparent de l’ancre ? Combien d’air faut-il insuffler dans le parachute pour que l’ancre soit en flottabilité neutre ? À quelle quantité d’air équivalent surface cela correspond-il ? Si vous avez une bouteille de 12 L, de combien de bars va baisser votre manomètre?

Liens utiles Assistance 24h/24h : daillie@club-internet.fr

Bibliographie Plonger en sécurité Avanzi, Galley & Héritier ed. Gründ Nouvelle plongée subquatique Molle & Rey ed. Amphora La plongée sous-marine Foster ed. EDP Sciences Le tour de la plongée en 80 problèmes Aubert & Jonville (ed.) Plonger Plaisir exercices N4,5 et monitorats Foret ed. Gap